Verstärker

Die Aufgabe der analogen Signalverarbeitung besteht darin, das Ausgangssignal des Sensors auf die Eingangsspannung des ADCs anzupassen. In diesem Kapitel lernen Sie, wie das geht. Dafür betrachten wir zunächst Verstärker als Bauelement und anschließend Verstärkerschaltungen.

Im Beispiel des Staubsaugerroboters wurde der Abstand [0cm .. 30cm] von einem Sensor in den Spannungsbereich [0mV .. 30mV] umgewandelt. Der ADC benötigt am Eingang eine Spannung im Bereich [0V .. 3V]. Damit muss die Spannung um Faktor 100 verstärkt werden.

In einigen Fällen ist das Sensorsignal größer als der Eingangsspannungsbereich des ADCs. Dann muss das Signal gedämpft werden, sein Spannungswert muss also reduziert werden. Dabei wird das Sensorsignal durch einen Faktor geteilt. Anstatt durch einen Faktor zu teilen, können wir auch mit dem Kehrwert des Faktors multiplizieren. So decken wir beide Fälle mit der Multiplikation ab, nur dass bei der Signaldämpfung der Betrag des Faktors kleiner als 1 ist.

Um das Signal mit einem Faktor zu multiplizieren werden Verstärker eingesetzt. In der Messtechnik verwenden wir dafür Operationsverstärker (Abkürzung OP).

Zunächst betrachten wir nur eine Spannungsverstärkung. Der OP soll eine Eingangsspannung von z. B. UEIN,OP = 5mV um Faktor v = 1000 auf die Ausgangsspannung UAUS,OP = UEIN ∙ v = 5V verstärken. Die Verstärkung v entspricht dem Faktor, mit der die Signalamplitude multipliziert werden soll.

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